水滑石-稀土-钙锌稳定剂在硬质PVC微发泡制品中的应用
发布时间：08-7-29 收藏
作者：吴旅良 江西宏远化工有限公司董事长兼总经理； 2007年被中国工程塑料工业协会塑料助剂专委会热稳定剂分会推举为副会长
［摘要］研究了水滑石-稀土-钙锌复合稳定剂对硬质PVC微发泡板材配方体系的静态、加工性能的影响及对制品性能的影响，说明了钙锌稳定剂替代铅盐稳定剂在微发泡板材中应用的可能性。
［关键词］水滑石；稀土；钙锌；硬质PVC微发泡制品；
0、前言
PVC发泡技术经过近40年的不断研究开发，在技术与应用这两方面都有了很大的发展，近几年来发展的更加迅速，而且它的重要性还在不断的提高，这是因为PVC发泡制品具有很多优异性能所决定的，特别是PVC低发泡制品它的综合性能非常突出，和普通不发泡PVC制品相比具有下列优点：
（1）低导热性，即隔热保温效果好；
（2）优异声波阻尼性，即有良好的隔音效果；
（3）二次成型加工性能好，类似于木材，可锯、可钉、可刨、可钻，同时也可粘结；
（4）高阻燃性，即防火性能好；
（5）化学性能稳定，有优异的抗化学腐蚀性；
（6）优异的耐候性，同时有防蛀、防水等性能；
（7）利用PVC的发泡技术可有效地降低制品单位体积内树脂的含有量，从而降低制品的成本；
（8）PVC低发泡制品对环境没有污染，并可再生利用，是绿色环保产品。[1]
近年来，我国已有30多家企业引进40多条PVC低发泡生产线，产品用于家俱、装修等行业，取代各种木材，市场正在开拓中。在2008年北京奥运场馆等建设中，PVC低发泡产品是重点推广采用的新型装饰材料之一。大连实德集团，目前已具备了年产12000吨PVC低发泡室内装饰板材的能力。欧美发达国家近年来PVC低发泡材料发展也很快，微发泡技术已成为国内外塑料方面重点发展的领域。
生产PVC低发泡制品主要有3大影响因素：设备、工艺、配方。生产PVC微发泡制品一般采用双螺杆挤出机，工艺控制容易，产品质量稳定。其中，配方是主要的影响因素。
PVC低发泡配方中的PVC树脂、稳定剂、发泡剂为最主要的影响因素。本文重点探讨稳定剂在硬质PVC发泡板材中的应用。
常用于加工PVC低发泡板材的稳定剂有：（1）铅盐类稳定剂；（2）有机锡类稳定剂；（3）钙锌复合稳定剂。可根据制品，加工设备和应用范围来选择稳定剂。应该优先选择使制品加工性能好，耐候性好，对人体无害的稳定剂。目前铅系稳定剂占主要比例，因为他们价格低廉，易于加工，应用范围广，适用于型材、板材、管材和片材等。但随着环保法规的日益严格,钙锌稳定剂将成为主流,本文就钙锌稳定剂在硬制发泡制品中的应用试作一个分析。
1、实验部分：
1.1实验原料
PVC树脂，S-700型上海氯碱总厂
钙锌稳定剂516F,本公司产品
复合铅盐稳定剂SMS318德国熊牌
ADC发泡剂，江西电化厂
其它助剂，国产
1.2配方体系
PVC，100份；加工助剂，1～5份；
热稳定剂4～5份；改性剂，5～15份；
润滑剂，1～2.5份；AC发泡剂，0.2～1.0份；
填料及色粉，适量；
1.3主要仪器及设备
双辊炼胶机，SK－160B型，上海橡塑机械厂
平板硫化机，QLB－350×350×2型，上海第一橡胶机械厂
万能试验机，20KN，承德精密试验机有限公司；
转矩流变仪，RM-200A，哈普电气技术有限公司；
智能恒温油浴锅，金坛市文华科教实验仪器厂；
1.4 实验步骤
1.5 性能测试
静态热稳定性测试按GB/T2917.1-2002中做刚果红实验，取180℃和200℃，流变仪测出塑化性能及动态热稳定性能，拉伸强度按GB/T10654-2001进行，冲击强度按GB1043-1993进行。
2 结果与讨论
在PVC发泡板材生产过程中，为使物料充分塑化，物料的温度较高，并且板材模具横截面宽，流道长，特别是结皮发泡板材模具的的定型段长，另外，发泡剂在分解过程中还产生分解热。钙锌稳定剂中的金属皂盐类对ADC发泡剂有活化作用，会使ADC发泡剂分解温度变宽，同时消耗一定数量的稳定剂，这些因素要求稳定剂必须具备足够的热稳定效能，所以在配方中引入一定量的改性三元水滑石，以加强体系的长期稳定性。
表1 水滑石对配方体系热稳定时间的影响
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动稳时间/min |
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复合铅盐 |
128 |
42 |
15.6 |
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钙锌稳定剂（不含水滑石） |
74 |
29 |
10.6 |
|
钙锌（含水滑石） |
98 |
36 |
12.3 |
以上数据显示，加入水滑石的钙锌能极长的延长刚果红时间，由于水滑石的表面羟基能吸收PVC热分解释放出的HCl气体，起一个酸吸收剂的作用。从而抑制HCl对PVC分解的催化作用。
同时，虽然金属皂类降低了体系的发泡温度，但应注意熔融物料离开口模的平稳性，避免局部突发和鼓泡现象。为了兼顾稳定性及加工性，经过多次反复实验，在钙锌体系中引入稀土组分。以下为RM200流变仪所测的流变数据，RM200流变仪测试的原理是在一定温度、容量的密闭混合器中加入PVC干混料，由特制的双螺杆型混合头进行捏合塑化，同时电脑采集相应的温度、扭矩随时间的变化情况数据。由于流变仪的测试条件与挤出加工的条件非常相似，能很好的模拟物料在机筒内的塑化流动过程，所以已成为PVC加工中最为重要的测试手段之一。塑化时间、塑化扭矩、平衡扭矩等都可以作为评价PVC混合料加工性能好坏的标准。
表2 各发泡体系的流变数据
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塑化时间(S) |
塑化扭矩/Nm |
平衡扭矩/Nm |
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复合铅盐 |
144 |
38.56 |
26.85 |
|
钙锌稳定剂（不含稀土） |
76 |
46.26 |
27.82 |
|
钙锌（含稀土） |
58 |
48.57 |
25.36 |
数据显示，与复合铅盐相比，稀土系具有塑化时间短、塑化扭矩及塑化温度低，平衡扭矩小的优点，表明加入稀土的钙锌加工流变性能优于复合铅盐，适合于较大型制品的快速挤出。因此，使用含稀土的钙锌稳定剂可以为PVC-U微发泡板材的生产带来更好的加工流动性能。
3水滑石-稀土-钙锌稳定剂（516F）在微发泡板材中的应用实例
3.1 表3 PVC微发泡板材的主要配方（湖南株州某板材厂）
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原料 |
配方1 |
配方2 |
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PVC树脂 轻质碳酸钙 复合铅盐SMS318 钙锌稳定剂 ACR 发泡调节剂 发泡剂 润滑剂 |
100 |
100 |
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30 4 — 4 6 0.8 1.0 |
30 — 5 4 6 0.8 1.0 |
||
3.2 工艺
将原料准确称量，按工艺要求顺序投料。根据使用发泡剂的种类来确定发泡剂的加入时间，达到捏合终点。物料温度达到125℃左右时，迅速将物料放入冷搅锅中冷却，降温至50℃，以防止结块和发泡剂过早分解而影响发泡倍率，造成产品密度增大。其工艺流程如下
3.3挤出机工艺参数
1区：175～186℃，2区：180～185℃，3区：185～189℃，连接器：175～185℃，机头：190～200℃，主机电流：60～70A，螺杆转速：14～22r/min
3.4 PVC发泡板材的性能
表4 采用该配方生产的PVC发泡板材的性能指标见下表
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检测参数 |
性能指标 |
铅盐（318） |
钙锌( |
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拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 弯曲模量/MPa 冲击强度/Kj·m-2 断裂伸长率/% 密度/g·cm-3 |
15～20 12～18 800～1200 15～20 10～20 0.45～0.65 |
18 15 1100 17 16 0.58 |
17.5 15 1050 19 15 0.48 |
3.5 PVC发泡板材的截面泡孔结构图
从以上电镜图对比可以看出,同复合铅盐对比,虽然水滑石-稀土-钙锌的份量稍有增加，成本略有上升，但水滑石-稀土-钙锌体系的泡孔结构更为完整,孔径比较均一,密度更低,冲击强度更高,整个制品的成本相当，而拉伸强度稍有逊色,可能为稀土元素特有的偶联增韧作用所致。
4 结论：
(1)水滑石对PVC的热稳定性能优越，特别与钙锌稳定剂复配能达到很好的协同效应。
(2)水滑石-稀土-钙锌复合稳定剂中的稀土的使用能改善配方体系的加工流变性能，具有良好的内外润滑作用，并能较好的提高发泡剂的分散性、发气量及泡孔的数目。
(3)与复合铅盐相比，虽然在静态热稳定方面稍有不及，但水滑石-稀土-钙锌稳定剂能获得均匀的泡孔结构和铅盐差不多的物理性能，在环保化的今天，使用水滑石-稀土-钙锌稳定剂是一种很好的选择。
参考文献：
[1]丁宏明，刘莉PVC微发泡仿木结皮板材生产技术[J]，塑料科技，2004（11）：35
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